Elektrooniline baromeetriline kõrgusemõõtja stratosfääri õhupallidele: 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Meie meeskond RandomRace.ru käivitab heeliumi õhupallid. Väike ja suur, kaameratega ja ilma. Käivitame väikesed, et juhuslikult kukkuda seiklusvõistluste kontrollpunktidesse, ja suured, et teha suurepäraseid videoid ja fotosid atmosfääri ülaosast. See pole veel ruum, kuid 30 km kõrgusel on õhurõhk umbes 1% normaalsest. Ei näe enam välja nagu atmosfäär, ah? Minu vastutus meeskonnas on elektroonika ja ma tahan jagada ühte oma ülesannetest, mida selle ülesandega ellu viidi.

Kuidas mõõta õhupalli kõrgust? GPS -iga (enamik neist ei tööta üle 18 km) või baromeetrilise kõrgusemõõtjaga. Teeme ühe mikrokontrolleri (MCU) plaadist! Soovime, et see oleks kerge, odav (kuna mõnikord kaotame oma sondid), lihtne ehitada ja lihtne kasutada. Samuti peaks see mõõtma väga madalat rõhku. Seade peaks andmeid logima vähemalt 5 tundi järjest. Kasutage toiteallikana mõnda vana mobiiltelefoni liitiumakut. Nõuetele tuginedes olen valinud Maple Mini plaadi, mis põhineb USB -liidesega n ARM -i mikrokontrolleril (STM32F103RC), 128 Kb sisemälu, millest piisab nii MCU püsivara kui ka kogutud andmete jaoks. Kahjuks (või õnneks?) LeafLabs neid tahvleid enam ei tooda, kuid nende kloone võis Hiina veebipoodidest leida vaid paari dollari eest. Samuti annetati meile mitmeid MS5534 õhurõhuandureid, mis on võimelised mõõtma 0,01… 1,1 baari. Sellest piisab enam -vähem 30 km kõrgusele.

Seadet on üsna lihtne valmistada, vajate vaid mõningaid jootmisoskusi ja -vahendeid (päris väikeste osade jootmine pole vajalik) ja elementaarseid arvutioskusi. Siit leiate githubi hoidla, mis sisaldab nii läbimurdelist PCB -disaini Eagle -vormingus kui ka püsivara.

Samm: nõutavad osad

• Maple Mini MCU plaadi kloon
• 4*1 2,54 mm (0,1 ") tihvtide rida (tavaliselt tarnitakse koos MCU -plaadiga)
• 1S LiPo aku. Vanade mobiiltelefonide või tegevuskaamerate akud sobivad ideaalselt.
• 1S LiPo laadimisplaat
• Baromeetriline andur MS5534
• Murdmisplaat MS5534
• 1N5819 Schottky diood vms
• JST RCY patsid, 1*emane, 2*isane
• Tühi alumiiniumist õllepurk
• termokahanev toru D = 2,5, 5 mm (0,1 ") mis tahes värvi
• termokahanev toru D = 20 mm (0,8 "), läbipaistev

MS5534 asemel saate kasutada MS5540, kuid selleks on vaja teist murdeplaati. Saate seda ise teha, kasutades EagleCADi või KiKadi või mida iganes soovite. Samuti võite jootma anduri otse juhtmetega, kui teil on piisavalt jootmisoskust.

Vajalikud tööriistad:

• Tavaline tööriistade komplekt jootmiseks
• Käärid ja kihid
• Soovi korral jootmisventilaator. Kui teil seda pole, võite kasutada jootekolvi ja sigaretisüütajat.
• mõned tavalised 1-kontaktilised nais-naisjuhtmed
• paar täiendavat kontaktnõela
• STM32 demotahvel, mida kasutatakse MCU välklambina. Kasutasin NUCLEO-F303RE-d, kuid kasutada saab ka kõiki STM32 Nucleo64 või Nucleo144 plaate.

2. samm: jootmisandur katkestusplaadile

Esiteks peate anduri jootma katkestusplaadile. Kasutage jootmispastat ja jootmisventilaatori jootekolvi, kui need on olemas. Kui ei, siis saate seda teha tavalise jootekolvi ja joodisega. Kui see on tehtud, lõigake neli tihvti rida ja kaks traati, igaüks umbes 4 cm. Jootke need purunemiseni, nagu on näidatud teisel pildil - tihvtid + ja - tuleks ühendada juhtmetega, veel 4 nende vahel - tihvtide reaga. Nööpnõelad peavad olema purunemise alumisel küljel.

Samm: ülejäänud seadme jootmine

Anduriplaat ja MCU bard tuleks virnastada ja andur asetada MCU kiibile

Ühendusskeem on näidatud esimesel pildil. Ja siin on kõik loetletud ühendused:

• Murdetihvt "+" on ühendatud MCU plaadi tihvtiga "Vcc"
• Murdetihvt "GND" on ühendatud MCU plaadi tihvtiga "GND"
• Murdetihvtid "8", "9", "10", "11" on ühendatud samade numbritega MCU -plaadi tihvtidega.
• JST RCY Maleblack juhe on ühendatud teise MCU plaadi "GND" tihvtiga
• JST RCY Isane punane juhe on ühendatud dioodanoodiga
• Dioodkatood on ühendatud MCU plaadi "Vin" tihvtiga

Enne JST patsi ühendamist ärge unustage punasele juhtmele panna tükk õhukest termilist venitustoru.

Viimane asi, mida teha - diood tuleb isoleerida termokahaneva toruga. Tõmmake see lihtsalt dioodi kohale ja soojendage seda jootmisventilaatoriga - soovitatav temperatuur on umbes 160 ° C (320 ° F). Kui teil pole ventilaatorit, kasutage lihtsalt küünalt või sigaretisüütajat, kuid olge sellega ettevaatlik.

Samm: aku ja laadija

Teeme seadmele toiteallika ja selle laadija. Naissoost patsi tuleks joota aku külge. Punane traat kuni "+", must kuni "-". Kaitske ühendust tilga termilise liimi, kleeplindi plaastri või isoleerlindiga - teie valikul.

Isane pats tuleb jootma laadimisplaadile - punane juhe "B+", must "B". Kinnitage plaat termokahaneva toruga. Nüüd saate ühendada laadija akuga ja laadija mis tahes USB -toiteallika või arvutipordiga. Tahvlil olev punane tuli näitab, et laadimine on pooleli, roheline - täis laetud aku. Plaat võib laadimisprotsessi ajal soojeneda, kuid mitte liiga palju.

Samm: seadme vilkumine

Seadme välgutamiseks peate installima mõne tarkvara. Windowsi puhul saate kasutada saidi st.com kohalikku rakendust. Kahjuks peate registreeruma siin.

Linuxi või Maci all (noh, Windowsi all on see ka võimalik) saate kasutada OpenOCD -d. Paigaldus- ja kasutusjuhised leiate nende saidilt.

Nüüd saate püsivara alla laadida.

Seadme vilkumiseks ettevalmistamiseks peate ajutiselt jootma veel kaks tihvti MCU plaadi kontaktide 21 ja 22 juurde.

Meie seadme vilkuriga ühendamiseks toimige järgmiselt.

• avage mõlemad džemprid Nucleo (valge) plaadi CN2 pistikul. See võimaldab plaadil väliseid seadmeid välgutada.
• ühendage MCU tihvt 21 Nucleo CN4 pistiku kontaktiga 2
• ühendage must akujuhe Nucleo CN4 pistiku 3. tihvtiga
• ühendage MCU tihvt 22 Nucleo CN4 pistiku 4. tihvtiga
• ühendage nii seade kui ka Nucleo plaat arvutiga USB -kaablitega.

• püsivara välk (Windows)

  • Käivitage utiliit STM32 ST-LINK
  • Valige Fail -> Ava fail… -> avage allalaaditud püsivara
  • Valige Target -> Option Bytes…, valige Read Out Protection: Disabled. Klõpsake nuppu Rakenda
  • Valige Target -> Program & Verify, klõpsake nuppu Start

• välk püsivara (Linux ja Mac)

  • Laadige alla ja installige OpenOCD.
  • käivitage käsk

openocd -f interface/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; reset stop; stm32f1x unlock 0; program baro_v4.hex; shutdown"

See on kõik!

6. samm: seadme kasutamine

Kui kõik on õigesti tehtud, oleme seadme käivitamiseks valmis. Kõrgusmõõturil on kolm režiimi:

Kustuta andmed

Lülitage seade sisse USB kaudu või punase aku pistiku kaudu. Vajutage nuppu (kõige kaugemal USB-pistikust) ja hoidke seda 2-3 sekundit all. Sinine LED peaks vilkuma väga kiiresti ja vilkuma nii kaua, kuni kõik andmed on kustutatud.

Andmete logimine

Ühendage seade akuga punase pistikuga. Sinine LED vilgub sageli paar sekundit ja seejärel hakkab vilkuma üks kord sekundis. Iga kord, kui see vilgub, kirjutatakse andmeproov seadme sisemällu. Seade suudab salvestada kuni 9 tundi mõõtmisi.

Andmete lugemine

Ühendage aku lahti ja ühendage seade USB -kaabli abil arvutiga. Mõne sekundi sagedase vilkumise järel hakkab see vilkuma kaks korda sekundis. See on andmete lugemise režiim. Seade tuntakse ära mälupulga nimega BARO_ELMOT. Draiv pole kirjutatav, saate sealt ainult andmeid lugeda. Failihalduris leiate seadmest kaks faili - esimene on nimega LEFT_123. MIN. See on võltsfail, see ei sisalda mingeid andmeid, kuid see, et "123" tähendab, et 123 minutiks andmete salvestamiseks on veel ruumi. Teine fail, BARO. TXT, sisaldab tegelikke kogutud andmeid, st vahekaardiga eraldatud teksti - päist ja seejärel andmeridu. Seda vormingut saab hõlpsasti importida MS Excelisse või mõnda muusse arvutustabelirakendusse, sealhulgas Google'i arvutustabelitesse. Igal real on seerianumber (S), proovinumber (N) (= möödunud aeg sekundites), temperatuur (T) Celsiuse kraad, õhurõhk (P) baarides ja ligikaudne kõrguse väärtus (A) meetrites üle merepinna. Märge! "A" väärtused on tõesti konarlikud, võite kõrguse arvutada rõhuandmete põhjal ise. Vaadake edasisi samme.

Samm: seadme testimine

1. Ühendage aku seadmega. LED peaks hakkama vilkuma.
2. Vajutage ja hoidke all kasutaja nuppu. 2-3 sekundi pärast süttib LED kiiresti. Vabastage nupp. Hoidke jahedas, ärge ühendage akut lahti. Andmeid kustutatakse.
3. Mõne aja pärast hakkab LED üks kord sekundis vilkuma.
4. Hoidke seadet vähemalt 30 sekundit sees.
5. Ühendage aku lahti
6. Ühendage seade USB -kaabli abil arvutiga.
7. Seade kuvatakse väikese, ainult 3 MB mälupulgana. Avage seal BARO. TXT -fail mis tahes tekstiredaktoriga.
8. Kontrollige, kas veerud T ja P sisaldavad mõistlikke andmeid - tavaliselt umbes 20–30 T puhul, umbes 1000 P. puhul. Kui olete külmkapis või Everesti peal, on numbrid muidugi drastiliselt erinevad.

8. samm: päikesevalguse kaitse ja kokkutõmbumistoru

Pärast eelmist sammu oleme kindlad, et kõik töötab hästi, nüüd peaksime vilkuvad tihvtid kokku keerama, sest me ei vaja neid enam. Samuti on parem lõigata andurite ja MCU -plaati ühendavate tihvtide sabad täpselt, vastasel juhul võivad need seadme välise plastkatte torgata.

Projektis kasutatav andur ei tohi sattuda otsese päikesevalguse kätte. Teeme kaitsekilbi alumiiniumist õllepurgist. Kindlasti, kui olete juba nii kaugele jõudnud, olete selle vaese purgi sisu ära teeninud. Lõika kääridega umbes 12*12 mm (0,5 "*0,5") suurune alumiiniumitükk. Seejärel painutage selle kahte vastassuunalist külge tangidega, et teha väike "salv" 7*12*2,5 mm (0,28 "*0,5"*0,1 "). Pärast painutamist lõigake selle painutatud külgedelt 1,5 mm triibud, et muuta salv natuke madalam, umbes 1 mm kõrge.

Asetage salv anduri peale. Märkus - see ei tohiks puudutada ühtegi kontakti! Seejärel pange seade koos salvega termokahanevasse torusse (natuke pikem kui plaat) ja soojendage seda hästi, kuid ettevaatlikult jootmisventilaatori (või sigaretisüütaja) abil. Kontrollige uuesti, kas alumiiniumkate ei puuduta anduri kontakte.

9. samm: teadus

Nüüd on seade tööks valmis. See mõõdab temperatuuri ja õhurõhku. Ja ka ligikaudselt hindab kõrgust. Kahjuks sõltub rõhk kõrgusest väga ebaolulisel viisil, võite sellest lugeda Vikipeediast. Kuidas õhupalli kõrgust täpsemalt arvutada? Üks võimalus on kasutada 1976. aasta standardset atmosfääri kalkulaatorit. Teie seade sisaldab samu mudeli andmeid, kuid pole seadme mälu piirangute tõttu väga täpne. Kasutades baromeetri andmeid ja kalkulaatorit, saate kõrgust arvutada palju paremini, kui see ise teeb. Võttes arvesse ka õhupalli stardipunkti ilmastikutingimusi (ilmselgelt salvestatakse see alguses samale kõrgusemõõtjale) ja stardipunkti kõrgust leiate temperatuuri nihke ja õhurõhu korrigeerimise ning. Seejärel saate sama kalkulaatorit kasutades kõike veelgi paremini arvutada. Mõne arvutustabeli oskusega saate koostada ka käivitamise andmete diagramme.

Runner Up in the Space Challenge